(57)【要約】【課題】  従来のコンプレッサ羽根車よりも高強度化が可能であって、安価に大量生産することが可能なコンプレッサ羽根車を提供することである。【解決手段】  ハブ軸部と、該ハブ軸部から半径方向に延在するハブ面を有するハブ・ディスク部と、前記ハブ面に配設された交互に隣接する複数の長羽根と短羽根とを有する羽根部とからなり、隣接する一対の長羽根の間に形成される各ブレード空間には前記ハブ軸部から半径方向外方に向かってアンダーカットを有し、前記ハブ軸部および前記ハブ・ディスク部の深さ２ｍｍ以内の表層と前記羽根部には平均粒径１５μｍ以下の鋳造組織が形成され、前記ハブ軸部および前記ハブ・ディスク部の中心部には平均粒径５０μｍ以下の鋳造組織が形成されている、ダイカスト製コンプレッサ羽根車である。【選択図】  図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
ハブ軸部と、該ハブ軸部から半径方向に延在するハブ面を有するハブ・ディスク部と、前記ハブ面に配設された交互に隣接する複数の長羽根と短羽根とを有する羽根部とからなり、隣接する一対の長羽根の間に形成される各ブレード空間には前記ハブ軸部から半径方向外方に向かってアンダーカットを有し、前記ハブ軸部および前記ハブ・ディスク部の深さ２ｍｍ以内の表層と前記羽根部には平均粒径１５μｍ以下の鋳造組織が形成され、前記ハブ軸部および前記ハブ・ディスク部の中心部には平均粒径５０μｍ以下の鋳造組織が形成されていることを特徴とするダイカスト製コンプレッサ羽根車。
【請求項２】
外径７〜３０ｍｍのハブ軸部と、外径３０〜１２０ｍｍで最外周部肉厚２〜５ｍｍのハブ・ディスク部と、合計８〜１４枚の長羽根と短羽根とを有する羽根部とからなり、該羽根部は、先端付近肉厚０．２〜２ｍｍ、中央付近肉厚１〜５ｍｍ、ハブ面近傍の付け根付近肉厚１．５〜８ｍｍ、全体積比１０〜３０％に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のダイカスト製コンプレッサ羽根車。
【請求項３】
短羽根の基部にはパーティングラインが存在しないことを特徴とする請求項１または２に記載のダイカスト製コンプレッサ羽根車。
【請求項４】
隣接する一対の長羽根とともにブレード空間を画成するハブ面にはパーティングラインが存在しないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のダイカスト製コンプレッサ羽根車。
【請求項５】
アルミニウム合金を用いて形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のダイカスト製コンプレッサ羽根車。
【請求項６】
マグネシウム合金を用いて形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のダイカスト製コンプレッサ羽根車。
【請求項７】
チタニウム合金を用いて形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のダイカスト製コンプレッサ羽根車。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、内燃機関からの排気ガスを利用し圧縮空気を送る過給機の吸気側に使用されるダイカスト製コンプレッサ羽根車に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車や船舶等の内燃機関に組み込まれる過給機は、内燃機関からの排気ガスによって排気側のタービン羽根車を回転させることにより、あるいはクランクシャフト等の回転機構により、タービン羽根車と同軸上にある吸気側のコンプレッサ羽根車を回転させて外気を吸引して圧縮し、この圧縮空気を内燃機関に供給することにより内燃機関の出力を向上させるものである。
この過給機に使用されるコンプレッサ羽根車は、使用温度環境が１００〜１５０℃程度であることから、従来よりアルミニウム合金が多用されている。
【０００３】
また、近年、内燃機関の燃焼効率をさらに向上させる目的で、タービン羽根車およびコンプレッサ羽根車をより高速回転させるための種々の検討がなされている。そして、高速回転させるにあたり、特にコンプレッサ羽根車には、さらなる軽量かつ高強度が望まれるとともに、使用温度環境が１８０〜２００℃を超えると予測されることから２００℃を超えても高強度を維持可能であることが望まれる。
【０００４】
このような背景から、コンプレッサ羽根車は、Ｎｉ基等の耐熱合金によるよりも軽量化でき、従来のアルミニウム合金によるよりも高強度化できる、例えば特開２００３−９４１４８号公報（特許文献１）で提案されるチタン合金製コンプレッサ羽根車が実用化されつつある。
また、従来のアルミニウム合金によるよりも軽量化できて耐熱性を有する、例えば特開２００４−２３２０６０号公報（特許文献２）で提案される耐熱マグネシウム合金等の適用も検討されつつある。
【０００５】
一般に、コンプレッサ羽根車は、回転中心軸であるハブ軸から半径方向に延在するハブ・ディスク部のハブ面に、空力学的曲面を有する複数の羽根部がハブ軸の周囲に放射状に配設された複雑な形状を有している。また、羽根部が長羽根と短羽根とで構成された羽根車や、羽根部に囲まれた空間が、ハブ軸から半径方向外方に向ってアンダーカットとなる複雑な形状の羽根車もある。
【０００６】
このようにコンプレッサ羽根車は複雑な形状を有しており、特に羽根部を簡易に形成することは容易ではない。それ故に、従来から各種のコンプレッサ羽根車の製造方法が提案されている。例えば、鍛造成形された羽根車素材から羽根形状を削り出す製造方法（特許文献３）、鋳造可能な形状の羽根車素材を一旦形成した後に羽根部を曲げて矯正する製造方法（特許文献４）、羽根車の羽根部とハブ部とを一体にした消失性模型を用いて形成した耐火物鋳型に鋳造するロストワックス鋳造法（特許文献１、特許文献５）、ゴム模型を用いて石膏鋳型に鋳造するプラスターモールド法（特許文献６）などが提案されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−９４１４８号公報
【特許文献２】特開２００４−２３２０６０号公報
【特許文献３】特開２００５−４８７６９号公報
【特許文献４】特開昭５７−１７１００４号公報
【特許文献５】ＷＯ２００５−１１６４５４号公報
【特許文献６】特開２００５−２０６９２７号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した特許文献３〜６のいずれの場合においても、コンプレッサ羽根車の製造工程は長く複雑なものとなる。具体的には、特許文献３の鍛造素材から削り出す場合には、例えば、まず鋼塊を鋳造し、これを鍛伸または圧延して鍛造素材を得る。次いで、得られた鍛造素材を鍛造して羽根車素材を得る。この後に、得られた羽根車素材から羽根形状を削り出すことにより、最終的にコンプレッサ羽根車を得るといった製造工程となる。
【０００９】
また、特許文献４の鋳造後に羽根部を曲げ矯正する場合には、例えば、まず羽根部の形状を型抜き可能な形状とした羽根車素材の形状模型を作製する。次いで、作製した形状模型を用いて鋳型を作製する。そして、作製した鋳型に溶湯を鋳造して羽根車素材を得る。この後に、得られた羽根車素材の羽根部をプレス等を用いて曲げ矯正することにより、最終的にコンプレッサ羽根車を得るといった製造工程となる。
【００１０】
また、特許文献１や５のロストワックス鋳造法の場合には、例えば、まずワックス等の消失性材料を用いてコンプレッサ羽根車の形状模型を作製する。次いで、作製した形状模型の周りに耐火物をコーティングした後にワックス等を消失させて鋳型を作製する。この後に、作製した鋳型に溶湯を鋳造することにより、コンプレッサ羽根車を得るといった製造工程となる。
【００１１】
また、特許文献６のプラスターモールド法の場合には、例えば、まずゴム等の大変形可能な弾性材料を用いてコンプレッサ羽根車の形状模型を作製する。次いで、作製した形状模型の周りに石膏（プラスター）をコーティングした後に形状模型を引き抜いて鋳型を作製する。この後に、作製した鋳型に溶湯を鋳造することにより、コンプレッサ羽根車を得るといった製造工程となる。
【００１２】
よって、コンプレッサ羽根車を供給する上では、上述したような長く複雑な製造工程によるのではなく、生産効率や材料歩留がよく、従来よりも安価に量産可能な新規な製造方法によることが望まれている。
また、これとともに、上述したようにコンプレッサ羽根車をさらに高速回転させるにおいて課題とされる、軽量化、高強度化、耐熱化が望まれている。
本考案の目的は、上述の問題を解決し、従来のコンプレッサ羽根車よりも高強度化が可能であって、安価に大量生産することが可能なコンプレッサ羽根車を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本考案者は、コンプレッサ羽根車に対して、ダイカスト法を適用した製造が可能であること、また、ダイカスト製羽根車とすることにより高強度化が可能であることを見出し本考案に到達した。
すなわち、本考案は、ハブ軸部と、該ハブ軸部から半径方向に延在するハブ面を有するハブ・ディスク部と、前記ハブ面に配設された交互に隣接する複数の長羽根と短羽根とを有する羽根部とからなり、隣接する一対の長羽根の間に形成される各ブレード空間には前記ハブ軸部から半径方向外方に向かってアンダーカットを有し、前記ハブ軸部および前記ハブ・ディスク部の深さ２ｍｍ以内の表層と前記羽根部には平均粒径１５μｍ以下の鋳造組織が形成され、前記ハブ軸部および前記ハブ・ディスク部の中心部には平均粒径５０μｍ以下の鋳造組織が形成されている、ダイカスト製コンプレッサ羽根車である。
【００１４】
また、外径７〜３０ｍｍのハブ軸部と、外径３０〜１２０ｍｍで最外周部肉厚２〜５ｍｍのハブ・ディスク部と、合計８〜１４枚の長羽根と短羽根とを有する羽根部とからなり、該羽根部は、先端付近肉厚０．２〜２ｍｍ、中央付近肉厚１〜５ｍｍ、ハブ面近傍の付け根付近肉厚１．５〜８ｍｍ、全体積比１０〜３０％に形成されている、ダイカスト製コンプレッサ羽根車であってよい。
【００１５】
また、短羽根の基部にはパーティングラインが存在しないダイカスト製コンプレッサ羽根車とすることができ、また、隣接する一対の長羽根とともにブレード空間を画成するハブ面にはパーティングラインが存在しないダイカスト製コンプレッサ羽根車とすることができる。
そしてまた、アルミニウム合金を用いて形成されている、またはマグネシウム合金を用いて形成されている、あるいはチタニウム合金を用いて形成されている、ダイカスト製コンプレッサ羽根車であってよい。
【考案の効果】
【００１６】
本考案のダイカスト製コンプレッサ羽根車は、ダイカスト法によるので、上述した特許文献３〜６で提案されるような従来の製造方法によるよりも、格段に安価に大量生産することが可能となる。また、羽根車の羽根部や表層には緻密で均一な凝固組織が形成されるため、従来のロストワックス鋳造法等によるよりも高強度の羽根車を得ることができ、更なる高速回転に対応可能となる。それ故に本考案は、工業上極めて有効な技術となる。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１７】
上述した通り、本考案の重要な特徴は、ハブ軸部と、該ハブ軸部から半径方向に延在するハブ面を有するハブ・ディスク部と、前記ハブ面に配設された交互に隣接する複数の長羽根と短羽根とを有する羽根部とからなり、隣接する一対の長羽根の間に形成される各ブレード空間には前記ハブ軸部から半径方向外方に向かってアンダーカットを有するコンプレッサ羽根車を、ダイカスト製コンプレッサ羽根車としたことである。
そして、本考案のダイカスト製コンプレッサ羽根車は、前記ハブ軸部および前記ハブ・ディスク部の深さ２ｍｍ以内の表層と前記羽根部には平均粒径１５μｍ以下の鋳造組織が形成され、前記ハブ軸部および前記ハブ・ディスク部の中心部には平均粒径５０μｍ以下の鋳造組織が形成されている。
【００１８】
ダイカスト形成された羽根車は、薄肉で熱容量の小さい羽根部では、急冷された緻密で均一な急冷組織が形成される。また、塊状で熱容量の大きいハブ・ディスク部やハブ軸部では、その表層には急冷された緻密で均一な凝固組織が形成され、中心部近傍には表層よりも大きい凝固組織が形成される。
このように、羽根車をダイカスト形成することにより、羽根車の表面側の凝固速度を格段に高めて急冷し、中心部に向かって凝固速度を次第に低減させ、これにより、羽根車の凝固組織を、表面側から中心部に向かって連続的に、微細で均一な凝固組織から、より平均粒径の大きい凝固組織へと変化させながら形成することができる。
【００１９】
これは、ダイカスト形成においては、鋳型として金型を使用するため、ロストワックス鋳造法等で使用する耐火物等よりも冷却能が格段に高く、薄肉の羽根部や、ディスク部やハブ軸部の表面層では、金型に接触した溶湯が急冷されるからである。また、ダイカスト形成においては、溶湯を高圧力で金型のキャビティに注入するため、金型表面に対する溶湯の密着性が向上することにより、溶湯の冷却速度が上がる利点もある。
【００２０】
羽根車の鋳造組織を、上述の微細で緻密な急冷組織に形成することによって硬度や強度を高めることができ、羽根車の中心部に向かって表層よりも大きい鋳造組織を形成することによって靭性を持たせることができる。また、上述の凝固組織を有する羽根車に対し、さらにＴ６処理（ＪＩＳ−Ｈ０００１）等の熱処理を施すことにより、緻密な結晶組織の母相が維持されつつ溶体化や時効硬化による効果が付加され、より一層の高強度化が可能となる。
【００２１】
また、例えば、羽根車のハブ軸部外周に対して切削等の機械加工を施す場合や、羽根車自体に対して化成処理や陽極酸化処理、メッキや塗装等の表面処理を施す場合もある。ダイカスト形成された羽根車の成形体は、結晶粒径が従来よりも微細化かつ均一化されるため、常温での機械加工性や、表面の被膜形成性が改善される。
【００２２】
また、鋳型として金型を用いるダイカスト製コンプレッサ羽根車の鋳肌は、耐火物を用いる場合よりも表面粗さの小さい鋳肌となる。これにより、羽根車表面の空力抵抗が低減し、羽根車の空力学的特性向上に寄与できる。
よって、本考案のダイカスト製コンプレッサ羽根車は、高強度な表層および羽部と、高強度かつ適度な靭性をあわせ持つハブ軸部およびハブ・ディスク部を有することとなり、さらに常温での機械加工性をも有し、空力学的特性向上に寄与できる、優れたコンプレッサ羽根車となる。
【００２３】
次に、本考案のダイカスト製コンプレッサ羽根車の形状について具体例を挙げ、図面に基づいて説明する。
図１は、自動車用ターボチャージャの吸気側に使用されるコンプレッサ羽根車１（以下、羽根車１という）の模式図である。羽根車１は、ハブ軸部２と、このハブ軸部２から半径方向に延在するハブ面３を有するハブ・ディスク部４と、ハブ面３に配設された交互に隣接する複数の長羽根５と短羽根６とを有する羽根部とからなり、合計１２枚の長羽根５と短羽根６を有する。
【００２４】
図２は、羽根車１の羽根部簡略図であり、明確化のため２枚の長羽根５と１枚の短羽根６のみを記載している。また、図２の斜線部は、ハブ面３と、ひとつの短羽根６を含む隣接する２枚の長羽根５のブレード面７とで囲まれたブレード空間８に対応する。長羽根５と短羽根６のブレード面７は、いずれも複雑な空力学的曲面形状を表裏に有している。また、羽根車１の隣接する一対の長羽根５の間に形成される各ブレード空間８には、ハブ軸部２から半径方向外方に向かってアンダーカットを有している。
【００２５】
本考案のダイカスト製コンプレッサ羽根車は、合計８〜１４枚の長羽根と短羽根とを有する羽根部とすることができる。また、羽根車の各部を、外径７〜３０ｍｍのハブ軸部と、外径３０〜１２０ｍｍで最外周部肉厚２〜５ｍｍのハブ・ディスク部と、羽根部は、先端付近肉厚０．２〜２ｍｍ、中央付近肉厚１〜５ｍｍ、ハブ面近傍の付け根付近肉厚１．５〜８ｍｍといった寸法形状に形成することができる。
このような羽根車の場合、薄肉である羽根部に対しハブ軸部およびハブ・ディスク部は塊状となり、羽根車に対する羽根部全体の容積を１０〜３０％に形成してよい。
【００２６】
上述した本考案のダイカスト製コンプレッサ羽根車は、例えば、以下の製造方法によって製造できる。
具体的には、まず、ハブ軸部と、このハブ軸部から半径方向に延在するハブ面を有するハブ・ディスク部と、ハブ面に配設された交互に隣接する複数の長羽根と短羽根とを有する羽根部とからなる、コンプレッサ羽根車の形状に対応するキャビティを有する金型を準備する。そして、このキャビティ内に溶融材料または半溶融材料を、１秒以下の充填時間で供給し、かつ、引き続き充填されたキャビティ内の溶融材料または半溶融材料に対して２０ＭＰａ以上の圧力を１秒以上加え、その加圧状態を維持するダイカスト法によってコンプレッサ羽根車が製造される。
【００２７】
以下、本考案のダイカスト製コンプレッサ羽根車を形成するためのダイカスト形成条件につき、詳細に説明する。
金型のキャビティに注入する材料の注入温度は、好ましくは液相線温度以上とすることであり、すなわち溶融材料を使用することである。これは、キャビティに到達する前に、注入する材料が凝固してしまうことが防止されるからである。また、注入する材料の温度は、材料の成分を確保でき、鋳造時の材料の飛散やガスの巻き込み等に起因する不具合を生じない限り、幾ら高温であっても構わない。
【００２８】
また、金型のキャビティに対する材料の注入は、好ましくは１秒以下の充填時間で供給することである。また、充填時間は、キャビティに十分にかつ円滑に材料を供給でき、鋳造時の材料の飛散やガスの巻き込み等に起因する不具合を生じない限り、幾ら短時間でも構わない。
【００２９】
コンプレッサ羽根車の羽根部は、優れた空力学的特性を得るため、ハブ面を有するハブ・ディスク部に比べ、通常は極めて薄肉に設計される。このため、羽根部に対応して画成された金型の羽根部キャビティは、極めて狭隘な深い溝状の空間となる。よって、上述した充填時間で材料を供給することは、金型の羽根部キャビティに対して、速やかに、かつ十分に材料が供給されることとなり、羽根部キャビティにおける材料の不廻りやガスの巻き込み等の鋳造欠陥の発生が防止される。これにより、鋳造形成された羽根部の健全性がより高まることとなる。
【００３０】
また、金型のキャビティに対して材料を注入した後は、好ましくは２０ＭＰａ以上の圧力を１秒以上加え、その加圧状態を維持することである。この操作は、材料の注入後、可能な限り速やかに行うことが好ましい。また、上述の加圧状態を１秒以上継続させた後には圧力を下げてもよい。より好ましくは、材料が完全に凝固し、羽根車が確実に形成されるまで、その加圧状態を維持することである。
【００３１】
鋳造後に金型のキャビティを加圧状態で維持するとき、例えばハブ軸部の軸線方向等の凝固収縮しやすい個所に対して局所加圧することも好ましく、これにより溶湯が部分的に補給され、引け等の鋳造欠陥の発生を防止できる。
また、金型のキャビティは、予め０．５ＭＰａ以下に減圧しておくことが好ましい。ダイカスト形成においては、キャビティに材料を高速で注入するため、キャビティ内の材料の廻り状態によっては空気やガス等の気体を巻き込みやすい。そこで、予め０．５ＭＰａ以下に減圧しておき、このような不具合を低減させる。より好ましくは０．０５ＭＰａ以下、さらに０．００５ＭＰａ以下に減圧しておくことである。
【００３２】
また、材料として、酸化等の高い反応性を有するマグネシウム合金やチタニウム合金を使用する場合、予めキャビティ内にアルゴン等の不活性ガス、アルゴンと水素との混合ガス、窒素等を充満させて酸素を遮断し、成形体への酸化物の巻き込みを防止することも好ましい。
【００３３】
この後、金型のキャビティ内で材料を凝固させて羽根車を得る。鋳造形成される羽根車は、まず薄肉で熱容量の小さい羽根部が凝固形成され、金型と直接に接触するハブ・ディスク部の最外径部やハブ面、ハブ軸部の端部といった羽根車の表層が凝固形成される。そして、次第にハブ・ディスク部の内部に向かって凝固が進行し、最終的に中心部が凝固形成される。このため、最終凝固部となるハブ・ディスク部の中央辺りには、引け巣等の鋳造欠陥が生じやすい。よって、材料を注入した後に、上述したように加圧状態を維持することにより、鋳造形成された羽根車の健全性がより高まることとなる。
【００３４】
次に、図１に示す羽根車１を製造可能とする金型のキャビティについて、一例を挙げて図面に基いて説明する。
図３に金型装置の一例を示す。金型は、羽根車の軸線方向９に開閉自在な可動金型２１と固定金型２２、および羽根車の軸線方向９に対して半径方向に移動可能なスライド金型２３とスライド支持具２４とから構成されている。図４は、固定金型２２の要部矢視図であり、明確化のためスライド金型２３とスライド支持具２４とをそれぞれ１個のみ記載している。図５は、スライド金型２３の模式図である。
【００３５】
スライド金型２３は、短羽根形状の有底溝部３３（点線で記載）と、短羽根に隣接する２枚の長羽根５で画成される空間に対応する形状体とを有している。すなわち、図２の斜線部で示すブレード空間８に相当する形状を形成するように、羽根車１のハブ面３に相当するハブキャビティ３１と、長羽根５に相当するブレードキャビティ３２、および短羽根６に相当する有底溝部３３を有している。
上述した短羽根形状の有底溝部３３を有するスライド金型２３を用いることにより、短羽根６の基部すなわちハブ面３との付け根部にはパーティングライン（型割線）が形成されることはない。また、同様に、隣接する一対の長羽根５とともにブレード空間８を画成するハブ面３には、パーティングライン（型割線）が形成されることはない。このため、ハブ面３およびブレード面７において流体抵抗を低減することができ、コンプレッサ羽根車の空力学的特性の向上に寄与できる。
【００３６】
また、図４に示すように、固定金型２２において、軸線方向９に対するスライド金型２３の半径方向への可動範囲内の底面にリング状の支持板２５を設置し、スライド金型２３を支持する。この支持板２５は、成形体の軸線方向９への移動が可能になっており、可動金型２１と固定金型２２の型開き後にスライド金型２３と離間する側に移動させ、型締めの際には元の位置に戻す構造になっている。すなわち、可動金型２１と固定金型２２の型開き後に、スライド金型２３はスライド支持具２４のみで支持される。
【００３７】
上述したスライド金型２３を、羽根車１のブレード空間８の個数分だけ図３に示すように固定金型２２に環状に配設し、それぞれのスライド金型２３と可動金型２１および固定金型２２を型締めして密接させる。これにより、実質的に羽根車１と同一の形状の金型によるキャビティを形成することができる。そして、このキャビティに、材料を注入して成形体１０を成形する。
【００３８】
次に、スライド金型２３を軸線方向９の半径方向外方に移動させ、鋳造成形した成形体１０から離型させる。具体的には、成形体１０を鋳造成形後、まず可動金型２１を固定金型２２と離間する側に移動させて型開きし、次いで支持板２５をスライド金型２３と離間する側に移動させ、スライド金型２３をスライド支持具２４のみで支持させる。そして、図４に示すように、スライド支持具２４を固定金型２２に設けた溝２６に沿って軸線方向９の半径方向外方に引き出す。このとき、スライド金型２３を、スライド支持具２４に設けた回転軸２７に連結させておくことにより、スライド金型２３は回転軸２７を中心に自然に回動し、成形体１０の長羽根５および短羽根６の表面形状に沿って抵抗少なく離型される。
【００３９】
離型後、成形体１０から不要な湯道や湯口、バリなどを除去し、さらには化成処理や陽極酸化処理、セラミックコーティング、あるいはメッキや塗装等の表面処理を行ってもよい。また、例えば、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）や、サンドブラスト、ケミカルピーリングといった処理を行ってもよい。
【００４０】
以上、一例として上述したダイカスト法を適用した製造方法によれば、たとえ、複数の羽根部が交互に隣接する長羽根と短羽根からなる複雑な形状を有するコンプレッサ羽根車であっても、羽根車の形状に対応する金型のキャビティが画成可能であって、鋳造成形後に羽根車を金型から離型可能であれば、形状精度が良好で緻密な鋳造組織を有し、高強度であって、更なる高速回転に対応可能な本考案のダイカスト製コンプレッサ羽根車を得ることができる。そして、格別の機械加工や鋳造後の形状調整を施すこともなく、羽根車を模した消失性模型を形成することもないため、生産効率や製造コストの点でも格段に改善され、従来よりも廉価なコンプレッサ羽根車の提供が可能となる。
【００４１】
以下、本考案のダイカスト製コンプレッサ羽根車に使用可能な材料について説明する。
コンプレッサ羽根車には、上述した通り、可能な限りの軽量や、更なる高速回転に耐え得るために高強度や２００℃を超える域での耐熱性等が望まれている。このような材料としては、アルミニウム合金、マグネシウム合金、あるいはチタニウム合金等の比較的軽量な合金が好ましい。より好ましい材料は、マグネシウム合金である。
【００４２】
マグネシウム合金は、一般に、密度が１．８ｇ／ｃｍ３程度であり、密度２．７ｇ／ｃｍ３程度のアルミニウム合金と比べても、また、他の実用材料と比べても小さい。このため、マグネシウム合金を用いたコンプレッサ羽根車は、アルミニウム合金を用いた羽根車よりも軽量化され、回転時の慣性荷重を低減できる。また、マグネシウム合金は、２００℃の温度環境下でも、アルミニウム合金の１．３倍以上の比強度（単位密度当たりの強度）が期待できる。さらに、マグネシウム合金は、鉱物資源として豊富に存在するので安定供給が見込める。
よって、マグネシウム合金を用いたコンプレッサ羽根車は、更なる高速回転に対応可能となり、また、チタニウム合金を用いた羽根車よりも廉価に供給可能となる。
【００４３】
また、マグネシウム合金は、鉄に対する親和性がアルミニウム合金よりも格段に小さいため、ダイカスト形成において、鋳型として鉄系合金を用いた金型を使用しても、鋳造形成された羽根車の成形体が金型に焼き付くことがなく、成形体を円滑に離型できる利点がある。
【００４４】
マグネシウム合金として好ましい具体例を挙げると、例えば、米国材料試験協会規格（以下、ＡＳＴＭという）ＡＺ９１Ａ〜ＡＺ９１Ｅは鋳造性がよく機械的特性もよい。また、ＡＳ４１Ａ、ＡＳ４１Ｂ、ＡＭ５０Ａはさらに耐力、伸び等が高く、ＡＥ４２は高温クリープ強度がある。また、ＷＥ４３Ａは上述したいずれの合金よりも耐熱性を有し、ＷＥ４１ＡやＷＥ５４Ａはこれよりもさらに優れた耐熱性を有する。よって、コンプレッサ羽根車には好適である。
【００４５】
これらマグネシウム合金の液相線温度は、アルミニウム合金よりもやや高温域ではあるもののチタニウム合金よりも十分に低温域であって、ダイカスト形成する場合、材料温度を液相線温度以上に調整することは容易である。好ましくは、液相線温度よりも１０〜８０℃高温側に調整し、金型装置や成形装置における材料流路等の途中での材料凝固を確実に防止することである。
【００４６】
また、マグネシウム合金を溶解する場合には、使用するマグネシウム合金に好適であればどのような方法でもよいが、例えば、ガス式などの直接加熱炉や電気式などの間接加熱炉、ダイカスト成形機に設けられた溶解坩堝や溶解筒等を用いて溶解すればよい。
また、マグネシウム合金を溶融させた溶湯は、大気中で取り扱うこともできるが、例えば、希土類元素等を含む溶湯は酸化しやすく、このような溶湯を用いる場合には、アルゴン等の不活性ガス、Ｎ２ガス、ＣＯガス、ＣＯ２ガス等を使用し、酸素を遮断した雰囲気中で取り扱うことが好ましい。
【実施例】
【００４７】
本考案のダイカスト製コンプレッサ羽根車の一例として、図１に示す形状を有する羽根車を、一例として上述した製造方法によって製造した。
具体的には、羽根車の材料としては、マグネシウム合金である液相線温度５９５℃のＡＳＴＭ規格ＡＺ９１Ｄを選定し、これを溶解して溶湯を準備した。そして、この溶湯を、図３に示す金型装置を配設したダイカスト成形機に供給し、図５に示す複数のスライド金型２３等により画成した金型のキャビティ内に注入後、加圧維持して羽根車の成形体を凝固させた。このとき、溶湯注入前のキャビティ内は大気雰囲気とした。また、キャビティへの溶湯注入は、溶湯温度６４０℃、充填時間０．０２秒に調整した。溶湯充填後は、圧力４０ＭＰａで加圧して２秒間その加圧状態を維持した。この後、溶湯が凝固するまで十分に冷却した。
【００４８】
次いで、図３に示す可動金型２１を固定金型２２と離間させた後、図７に示す構造としたスライド金型２３を、図８に示す手順により成形体１０から離型させ、ダイカスト形成された羽根車の成形体１０を得た。
図６は、スライド金型２３とスライド支持具２４との接合構造を示す側面図であり、スライド金型２３は、その回転軸２７にベアリング２８を介して固定ピン２９を差込んでスライド支持具２４と連結させた。また、スライド支持具２４の底部にガイドピン３０を設け、スライド支持具２４を図４に示す固定金型２２に設けた溝２６に沿って軸線方向９の半径方向外方に引き出す案内とした。
【００４９】
図７は、成形体１０からスライド金型２３を軸線方向９に対する半径方向外方に移動させつつ回動させて離型させる具体的な動作手順を示す模式図であり、図７（ａ）〜（ｄ）は、スライド金型２３が成形体１０から離型していく状態を示している。なお、図７においては、離型動作を説明する便宜上、スライド金型２３のキャビティ部分にハッチングを施している。成形体１０を離型するためにスライド支持具２４を移動させると、スライド金型２３は、成形体１０の長羽根５および短羽根６の表面形状に沿って移動しながら回転軸２７を中心に自然に回動し、最終的に図７（ｄ）のように成形体１０から離型した。
【００５０】
そして、成形体１０から不要な湯口や湯道および微細なバリを除去し、長羽根と短羽根を有し、ハブ軸部の外径１３ｍｍ、ハブ・ディスク部は、外径６９ｍｍ、最外周部肉厚２．５ｍｍ、羽根の肉厚は、羽根先端付近０．５ｍｍ、羽根中央付近１．２ｍｍ、ハブ面近傍の羽根付け根２．２ｍｍ、羽根車に対する羽根部全体の容積１３％の形状を有する、本考案のダイカスト製コンプレッサ羽根車を得た。得られた羽根車のハブ・ディスク部から，ＪＩＳ−Ｚ２２４１に基き、試験片を採取して引張試験を実施した結果、比強度は、２０℃で１２７ＭＰａ、２００℃で７０ＭＰａであった。
【００５１】
上述のように製造したダイカスト製コンプレッサ羽根車につき、図８〜図１０に羽根車の鋳造組織の一例を示す。
図８は、長羽根におけるハブ軸部の軸線方向にほぼ垂直な断面であり、羽根先端から４ｍｍ、肉厚１．１５ｍｍ付近の鋳造組織である。図９は、ハブ・ディスク部断面のハブ面の表層であり、ハブ・ディスク部の最外径部から内側に１０ｍｍ、深さ２ｍｍ付近の鋳造組織である。図１０は、ハブ・ディスク部の最外径部を形成する平面とハブ軸部の軸線方向とが交差する羽根車の中心部付近の鋳造組織である。
【００５２】
羽根部やハブ面の深さ２ｍｍの表層には、結晶粒径５〜１０μｍの微細な結晶粒による均一で緻密な急冷された鋳造組織が確認された。また、図示は省略するが、ハブ面の深さ１ｍｍの表層においても深さ２ｍｍの表層と同様な鋳造組織が確認された。特に薄肉の羽根部には、結晶粒径５μｍ以下のより微細な結晶粒が多く形成されていた。また、羽根車の中心部には、表層よりもやや大きい結晶粒径２０μｍの結晶粒が主体となる鋳造組織が確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本考案は、例えば自動車や船舶等の内燃機関に組み込まれる過給機の吸気側に使用されるコンプレッサ羽根車として利用できる。また、過給機に限らず、コンプレッサ羽根車と類似の形状を有して回転する風車や水車などの各種の羽根車としても利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】コンプレッサ羽根車の一例を示す模式図である。
【図２】羽根部の一例における簡略図である。
【図３】金型装置の一例を示す全体図である。
【図４】固定金型の一例を示す要部矢視図である。
【図５】スライド金型の一例を示す模式図である。
【図６】スライド金型とスライド支持具との接合構造の一例を示す側面図である。
【図７】スライド金型の離型動作の一例を示す模式図である。
【図８】本考案のコンプレッサ羽根車の羽根部断面の鋳造組織の一例（写真）を示す図である。
【図９】本考案のコンプレッサ羽根車のディスク部断面のハブ面の表面層の鋳造組織の一例（写真）を示す図である。
【図１０】本考案のコンプレッサ羽根車の中心部断面の鋳造組織の一例（写真）を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１．コンプレッサ羽根車、２．ハブ軸部、３．ハブ面、４．ディスク部、５．長羽根、６．短羽根、７．ブレード面、８．ブレード空間、９．軸線方向、１０．成形体、２１．可動金型、２２．固定金型、２３．スライド金型、２４．スライド支持具、２５．支持板、２６．溝、２７．回転軸、２８．ベアリング、２９．固定ピン、３０．ガイドピン、３１．ハブキャビティ、３２．ブレードキャビティ、３３．有底溝部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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